Модифицирование поверхности и формирование неравновесных структур ионными и лазерными пучками

• Автор: Фоминский, Вячеслав Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 297 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АТОМНЫХ, ИОННЫХ И ФОТОННЫХ
ПУЧКОВ С ТВЕРДЫМ ТЕЛОМ И ГАЗАМИ (Обзор литературы.
Постановка задачи исследований)
1.1 Физические процессы в твердом теле и на поверхности при
воздействии пучков частиц с различной энергией
1.2. Модель «тепловых пиков» в твердом теле при имплантации ионов
1.3. Особенности структурообразования ионно-имплантированных «сплавов»
1.4. Вакуумное осаждение тонких пленок под низкоэнергетичным ионным облучением
1.5. Фазовые и структурные изменения в поверхностных слоях металлов при действии интенсивных наносекундных световых (лазерных) импульсов
1.6. Свойства плазменно-паровых пучков, образующихся при воздействии интенсивных наносекундных лазерных импульсов на
мишень
1.7. Особенности взаимодействия высокоэнергетичных фотонов из УФ-области спектра с системой газ-поверхность
1.8. Постановка задачи исследований
Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ И УСТАНОВКИ.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СФОРМИРОВАННЫХ СТРУКТУР
2.1. Экспериментальные методики
2.1.1. Методика ионной имплантации с лазерно-плазменным источником ионов
2.2.2. Методика импульсного лазерного осаждения пленок и покрытий
2.2.3.Методика импульсной ионной имплантации и ионно-ассисти-

рованного осаждения пленок и покрытий из лазерного факела
2.2.4. Методика поверхностного легирования металлических материалов наносекундными лазерными импульсами
2.2.5. Методика лазерно-индуцированного химического осаждения пленок и модифицирования поверхности
2.2. Экспериментальные установки
2.2.1. Многофункциональная малогабаритная экспериментальная установка для ион но-имі і лангацио н ной обработки, импульсного лазерного и ионно-ассистированного осаждения пленок и покрытий
2.2.2. Экспериментальная многомодульная установка для in situ мониторинга фотонно-индуцированных процессов осаждения пленок
и модифицирования поверхности
2.3. Методы исследования сформированных структур
Глава 3. МОДИФИЦИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ И
СИНТЕЗ НЕРАВНОВЕСНЫХ СТРУКТУР ПРИ ИМПЛАНТАЦИИ
ИОНОВ В МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
3.1. Структурные изменения, вызываемые в металле каскадными процессами при внедрении одноименных ионов
3.2. Формирование неравновесных поверхностных структур при ионном «легировании»
3.2.1. Системы смешиваемых элементов с ограниченной взаимной растворимостью в твердой фазе (Fe-Cu, Fe-Ta)
3.2.2. Системы не смешиваемых в жидкой фазе элементов
(Sn-Cr, Sn-Fe)
3.2.3. Система элементов, не образующих сплавов и соединений (Sn-Mo)
3.3. Трибомеханические и электрохимические свойства ионно-имплантированных материалов

Глава 4. ВЕНЕДРЕНИЕ АТОМОВ И СИНТЕЗ НЕРАВНОВЕСНЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ СТРУКТУР ПРИ ИМПУЛЬСНОМ ЛАЗЕРНОМ
ЛЕГИРОВАНИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
4 Л. Структурные изменения, вызываемые в металлах наносекундными
лазерными импульсами
4.2. Процессы тепло- и массопереноса, индуцированные наносекундными лазерными импульсами при облучении системы пленка - металлическая подложка
4.2.1. Особенности микро металлургического процесса при поверхностном легировании металлических материалов с применением наносекундных лазерных импульсов
4.2.2. Влияние термодинамических и теплофизических параметров системы элементов пленка - подложка на процесс поверхностного легирования
4.3. Структура и фазовый состав поверхностных сплавов, формируемых импульсным лазерным легированием
4.3.1. Неравновесные твердые растворы
4.3.2. Неравновесные многофазные сплавы
Глава 5. ФОРМИРОВАНИЕ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ СТРУКТУР ПОД НИЗКО- И СРЕДНЕЭНЕРГЕТИЧНЫМ ИОННЫМ ОБЛУЧЕНИЕМ
5.1. Импульсное лазерное осаждение пленок - физическое осаждение, ассистированное низкоэнергетичным ионным облучением
5.1.1. Импульсное лазерное осаждение пленок Мо8х в вакууме
5.1.2. Импульсное лазерное осаждение пленок МоБх в атмосфере инертного газа
5.1.3. Микроструктура и химическое состояние элементов
в пленках Мо8х
5.1.4. Трибологические свойства пленок Мо8х
5.2. Влияние среднеэнергетичного ионного облучения на структуро

положительной энтальпией смешения в жидком виде.
Наряду с моделями, рассматривающими структурные изменения в металлах как следствие каскадных процессов, существует подход, в котором такие изменения связываются с твердофазными превращениями в решетке матрицы. Так в ряде работ [73, 74] обнаружены ионно-стимулированные структурные переходы ОЦК-ГЦК, ГЦК-ГПУ, ГЦК-ОЦК при облучении ионами чистых металлов и сталей. Так после облучения никеля ионами фосфора вместо ГЦК-решетки формировалась ГПУ-структура. При этом выполнялись следующие ориентационные соотношения, которые характерны для ГЦК-ГПУ превращений мартенсит-ного типа. Для таких превращений новая фаза формируется вследствие политип-ного сдвига атомных слоев по плоскостям (111). В аустенитных сталях мартен-ситный переход у(ГЦК)—т(ОЦК) наблюдался в случае имплантации ионов, накопление которых в объеме стали приводило к формированию в ней полей упругих напряжений. Упругие напряжения, по мнению авторов [74], и являются движущей силой структурных изменений, а динамические эффекты в каскадах столкновений не играют существенной роли в фазовых превращениях.
В [55] предложена модель ионно-индуцированной аморфизации, которая рассматривает изменение структуры как фазовый переход первого рода, вызванный разупрочнением кристаллической решетки. Изменение упругих свойств материала связывается с существенным расширением решетки, которое сопровождает ионно-индуцированное разупорядочение или образование сильно пересыщенных твердых растворов. Изменение упругих свойств кристаллического материала перед фазовым переходом регистрировали измерением скорости звука.
1.4. Вакуумное осаждение тонких пленок под низкоэнергетичным ионным облучением
При рассмотрении влияния ионного облучения на структурообразование в пленках, формируемых вакуумным осаждегшем, представляется целесообразным разделить ионные пучки по значениям кинетических энергий ионов на низко-, средне- и высокоэнергетичные. Традиционно к первым относятся пучки с энер-